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2017年5月 5日 (金)

臓器が形作られる過程を復元する計算手法を開発-器官の立体構築原理の解明に期待-

2017年5月2日
理化学研究所
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 理化学研究所(理研)生命システム
研究センター発生幾何研究ユニットの
森下喜弘ユニットリーダーらの
共同研究チーム※は、組織全体の
1~数%程度の細胞の位置変化情報から、
組織の発生過程における変形過程を
再構築できる計算手法を開発しました。
 
 従来の発生生物学では、体内の各器官に
対してその発生に必須な遺伝子、
あるいは形態異常を引き起こす原因遺伝子
を明らかにすることが主な課題でした。
 
 しかし、“各遺伝子が発生過程のいつ、
どこで、どのように各器官の形に影響を
与えるのか”を明らかにするには、
発生過程で組織全体がどのように変形して
いるかを定量的に理解し、それを分子や
細胞の動態へとつなげる必要がありますが、
複雑で大きな組織をリアルタイム
かつ高分解能で計測することが技術的に
困難なため、ほとんど未解明でした。
 
 そこで、共同研究チームは数理モデルを
利用して、少数のラベルされた細胞
あるいは細胞小集団をランドマーク
(目印)とし、その位置変化情報から
曲率[1]を持つ複雑なシート状組織の
変形動態を再構築するための計算手法を
提案しました。
 
 この手法をニワトリ胚の前脳の
発生過程のデータへと応用することで、
モデルの有効性を示すことに成功しました。
 
 同時に、前脳の発生過程における
形態の変化(眼胞の形成と伸長)は、
組織の体積変化がある領域(眼胞の先端)
に集中するなど、空間的に非一様な成長
によって起こるのではなく、
“組織の各場所で細胞小集団が一つの
軸方向につぶれることで起こること”
が明らかとなりました。
 
 こうした変形情報は、対象器官の
外形変化を見るだけでは想像できません。
 
 今後は、正常胚と、先天的奇形や
形態異常を引き起こす遺伝子を欠損した
胚との間で、組織変形動態を定量的に
比較することにより、
「各遺伝子が発生過程のいつ、どこで、
どのように形に影響を与えるのか」
という問題を解決すると期待できます。
 
 さらに、”ヒトを含む動物の形が
どのように決定されるのか”
という生物学における長年の課題が
解決されれば、その仕組みを応用して
機能的な臓器形態のデザインや
制御技術の開発へつながると
期待できます。
 
 本研究は、国際科学雑誌
『Nature Communications』に
掲載されるのに先立ち、オンライン版
(5月2日付け:日本時間5月3日)に
掲載されます。
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 興味深い研究ですね。
 
 
>本手法により、高分解能で計測すること
>が困難な多くの臓器に対して、
>全体の1~数%程度の細胞という
>比較的少数のランドマーク情報から、
>その組織変形過程を再構築することが
>可能になりました。
 
>また、こうした組織レベルでの解析を、
>正常胚と先天的奇形・形態異常を
>引き起こす遺伝子を欠損した胚との間で
>定量的に比較することで、
>「各遺伝子が発生過程のいつ、どこで、
>どのように形に影響を与えるのか」
>という問題を数値化することが
>可能になりました。
 
 
 良いですね。
 今後の更なる研究に期待したい。

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